Энциклопедия «Техника» (с иллюстрациями) - Горкин Александр Павлович. Страница 44
Конструктивно газовая турбина представляет собой ряд последовательно расположенных неподвижных лопаточных венцов соплового аппарата и вращающихся венцов рабочего колеса. Поток газа, действуя на рабочие лопатки, создаёт крутящий момент на валу турбины. При этом абсолютная скорость газа уменьшается. Чем меньше эта скорость, тем большая часть энергии газа преобразуется в механическую работу на валу турбины. Сопловой аппарат в сочетании с рабочим колесом составляет ступень турбины. По направлению газового потока различают осевые (наиболее распространены) и радиальные турбины. В осевых турбинах поток движется вдоль оси турбины, в радиальных – перпендикулярно ей. Радиальные турбины могут быть центростремительными и центробежными.
Газовые турбины бывают одноступенчатые и многоступенчатые. Число ступеней определяется назначением турбины, её конструктивной схемой, мощностью, развиваемой одной ступенью, а также рабочим перепадом давления. Процесс преобразования энергии в многоступенчатой турбине состоит из ряда последовательных процессов в отдельных ступенях. По способу использования располагаемого теплоперепада различают активные турбины, в рабочем колесе которых происходит только поворот потока без изменения давления, и реактивные турбины, в которых давление уменьшается как в сопловых аппаратах, так и на рабочих лопатках. Рабочие лопатки воспринимают усилия, возникающие как вследствие изменения направления скорости газа, обтекающего их (активное действие потока), так и в результате ускорения потока газа при его относительном движении в межлопаточных каналах (реактивное действие потока). Практически все газовые турбины – многоступенчатые. Газовые турбины входят в состав газотурбинных двигателей (авиационных, автомобильных и др.).
Схема газотурбинного двигателя:
1 – воздух; 2 – диффузор; 3 – входной патрубок; 4 – теплообменник; 5 – сжатый и подогретый воздух; 6 – продукты сгорания; 7 – рабочие лопатки; 8 – направляющий сопловой аппарат; 9 – отводной патрубок газовой турбины; 10 – рабочее колесо газовой турбины; 11 – газовая турбина; 12 – вал; 13 – редуктор; 14 – выходной вал; 15 – форсунки; 16 – топливо; 17 – рабочее колесо компрессора; 18 – центробежный компрессор
ГÁЗОВЫЙ ДВИ́ГАТЕЛЬ, двигатель внутреннего сгорания, работающий на газообразном топливе (сжатый природный, генераторный, доменный и другие газы). Различают газовые двигатели с искровым зажиганием или с воспламенением смеси запальным жидким топливом (газодизель). В металлургической промышленности для привода воздуходувок используются газовые двигатели, работающие на доменном газе. В нефтяной и газовой промышленности для привода нефте – и газоперекачивающих установок используют газовые двигатели, работающие на природном газе. Газовые двигатели, работающие на сжиженном газе (газожидкостные двигатели), применяют в тех случаях, когда важно обеспечить безвредность и бездымность выхлопных газов, напр. при работе автомобилей, городских автобусов, автопогрузчиков и тягачей в складских и подземных помещениях и т. п. Преимущества газовых двигателей перед жидкотопливными: значительно меньший износ основных деталей благодаря более совершенному смесеобразованию и сгоранию; отсутствие в выхлопных газах вредных примесей; возможность применения более высокой степени сжатия, чем в двигателях, работающих на бензине. Наиболее распространены газовые двигатели, работающие по циклу дизеля.
ГАЗОРАЗРЯ́ДНЫЕ ИСТÓЧНИКИ СВÉТА, электровакуумные приборы, генерирующие оптическое излучение в результате электрического разряда в газах, парах вещества или их смесях. Газоразрядные источники света имеют оболочку из тугоплавкого стекла, кварцевого стекла, сапфира или другого прозрачного для света материала. В оболочку герметично впаяны металлические электроды, между которыми происходит электрический разряд. Оболочка наполнена обычно инертным газом (ксеноном, криптоном, аргоном, неоном), иногда с добавками металла (напр., ртути, натрия, калия) или другого вещества (напр., галогенидов натрия, таллия, индия), испаряющихся при возникновении разряда. В отличие от обычных ламп накаливания, газоразрядные лампы имеют широкий оптический диапазон (от долей до единиц микрона), излучение может генерироваться непрерывно во времени либо в виде отдельных световых вспышек длительностью от 0.1 мкс до 10 мс, повторяющихся с частотой до нескольких килогерц.
Практическое использование электрического разряда для освещения началось с изобретением в 1876 г. российским электротехником П. Н. Яблочковым дуговой угольной лампы (электрическая дуга горела между концами угольных электродов). К кон. 2000 г. создано большое число разнообразных газоразрядных источников света, различающихся составом газа (или паров), рабочим давлением, типом разряда (дуговой, тлеющий, импульсный, высокочастотный), материалом и формой оболочки. Преимущественное распространение получили импульсные лампы, дуговые лампы (ксеноновые, ртутные, натриевые), безэлектродные высокочастотные лампы.
Дуговые ксеноновые лампы трубчатой или шаровой формы выпускаются мощностью от 75 Вт до 50 кВт, имеют световую отдачу от 20 до 50 лм/Вт и спектр излучения, близкий к солнечному в видимой области. Применяются для освещения площадей, стадионов, карьеров и т. п., имитации солнечного излучения (напр., в теплицах), а также в светокопировальных, фотолитографических устройствах и кинопроекционных аппаратах.
Дуговые ртутные лампы имеют трубчатую или шаровую форму, мощность 100—1000 Вт, световую отдачу 45–55 лм/Вт, повышенную (по сравнению с ксеноновыми лампами) долю излучения в ультрафиолетовой области спектра. Применяются в медицинских и сельскохозяйственных приборах и устройствах, в светокопировальных аппаратах и фотолитографии. Натриевые лампы бывают с низким и высоким давлением газа в колбе. Лампы низкого давления (до 2·103 Па) выпускаются мощностью 45—200 Вт при световой отдаче до 100 лм/Вт и более; излучают практически чисто-жёлтый свет, обеспечивая хорошую видимость при низких уровнях освещённости; срок службы 5–7 тыс. ч. Применяются для световой сигнализации. Лампы высокого давления (до 5·103 Па) имеют световую отдачу 75—140 лм/Вт, мощность 100—1000 Вт; дают золотисто-белый свет; срок службы 15–20 тыс. ч. Применяются в основном для освещения дорог, тоннелей, аэродромов и т. п.
Безэлектродные высокочастотные лампы выпускаются мощностью до 10 кВт; возбуждаются электромагнитным полем с частотой 5—27 МГц. Применяются в печах радиационного нагрева, сушильных камерах, фотолитографических установках и др.
Импульсные лампы с ксеноновым наполнением обеспечивают энергию разряда от единиц до десятков килоджоулей, среднюю мощность до нескольких киловатт и световую отдачу 15–60 лм/Вт. Применяются для накачки лазеров, в импульсных фотовспышках, а также для световой сигнализации, оптической локации и т. д.
ГАЗОРАЗРЯ́ДНЫЕ ПРИБÓРЫ (ионные приборы), электровакуумные приборы, действие которых основано на использовании явления газового разряда – совокупности электрических, оптических и тепловых явлений, сопровождающих прохождение электрического тока через инертные газы, водород или пары металла (ртути). Возникающие при этом электрические разряды сопровождаются излучением света (свечением), характерного для данного газа или пара спектрального состава.
Простейший газоразрядный прибор представляет собой диод (с накалённым или холодным катодом) со стеклянным или керамическим баллоном, заполненный разреженным газом или парами ртути. При подаче напряжения на электроды эмитируемые катодом электроны устремляются к аноду. Сталкиваясь с атомами (или молекулами) газа, заполняющего баллон, они отдают им свою энергию. При определённом значении напряжения энергия электронов оказывается достаточной для ионизации атомов газа. В результате между электродами возникает газовый разряд – дуговой, тлеющий, искровой или коронный. Свойства разряда зависят от давления газа, типа катода, конструкции прибора, силы пропускаемого тока.